一種以氫氣作為熱媒的混合儲氫系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以氫氣作為熱媒的混合儲氫系統(tǒng)，屬于混合儲氫技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當前，日益嚴峻的能源危機和環(huán)境污染，使得發(fā)展清潔的可再生能源成為各個國家的重要議題。氫能源以其可再生性和良好的環(huán)保效應(yīng)成為未來最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉摧d體。目前，許多國家已經(jīng)著手研究以氫能源作為動力的新能源汽車，并取得了巨大的進步。隨著以氫作為動力的新能源汽車的逐漸推廣，加氫站的建設(shè)也是勢在必行。
[0003]目前，日臻成熟的儲氫方式主要包括高壓氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫等。而目前加氫站主要采用高壓氣態(tài)儲存方式，該方式重量儲氫密度相對較高、體積儲氫密度較低；而固態(tài)儲氫方式的重量儲氫密度相對較低、體積儲氫密度較高。結(jié)合高壓儲氫和固態(tài)儲氫各自的優(yōu)勢，將儲氫材料與高壓容器耦合，形成固態(tài)/高壓混合儲氫系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)的體積儲氫密度和動態(tài)響應(yīng)特性，同時減少高壓壓縮機的開啟頻率，降低能耗。
[0004]固態(tài)儲氫材料在吸放氫過程中，需要通過與外界進行換熱來完成的氫氣的吸收和脫附，而如果采用傳統(tǒng)的以水作為熱媒的方式，在高壓條件下，極有可能造成換熱水管的破裂，尤其是輕質(zhì)高容量儲氫材料對水更為敏感，因此一旦換熱水管破裂將會對混合儲氫系統(tǒng)造成不可逆的破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了有效解決采用水作為換熱介質(zhì)時可能碰到的系統(tǒng)安全性問題，本發(fā)明提供一種以氫氣作為熱媒的混合儲氫系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，氫氣既作為一種存儲介質(zhì)，同時也作為一種熱媒參與系統(tǒng)對外界環(huán)境的換熱過程。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種以氫氣作為熱媒的混合儲氫系統(tǒng)，包括高壓氣態(tài)儲氫單兀、固態(tài)儲氫單兀、換熱單元和氣體循環(huán)管路；其中，固態(tài)儲氫單元設(shè)置在高壓氣態(tài)儲氫單元內(nèi)部，氫氣可在二者之間自由流動；氣體循環(huán)管路自氫氣源依次通過換熱單元、高壓氣態(tài)儲氫單元內(nèi)的固態(tài)儲氫單元、換熱單元，最后連接至高壓氣態(tài)儲氫單元的氫氣入口。
[0008]在該混合儲氫系統(tǒng)中，所述換熱單元在儲氫過程中為冷卻單元，在放氫過程中為加熱單元。所述氣體循環(huán)管路為儲氫過程中用于輸入氣體的氣體循環(huán)管路，以及放氫過程中用于輸出氣體的氣體循環(huán)管路。
[0009]所述高壓氣態(tài)儲氫單元采用內(nèi)部為金屬內(nèi)膽外部纏繞纖維固化而成的儲氫容器。
[0010]所述固態(tài)儲氫單元由壓制成型的儲氫合金或其他儲氫材料組成，可以保證系統(tǒng)具備良好的吸放氫性能和動力學(xué)性能。
[0011]所述氣體循環(huán)管路可以選擇不銹鋼或硬質(zhì)鋁合金等強度高、導(dǎo)熱性能良好的金屬管。該氣體循環(huán)管路流經(jīng)換熱單元和固態(tài)儲氫單元的部分采用U型管、螺旋管或翅片式等結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的換熱性能。
[0012]所述換熱單元中的換熱介質(zhì)為水或其他換熱性能良好的介質(zhì)。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0014](I)本發(fā)明的混合儲氫系統(tǒng)采用系統(tǒng)內(nèi)的氫氣作為熱媒，取代傳統(tǒng)的以水作為熱媒的方式，極大地改善了換熱水管在超高壓儲氫條件下一旦發(fā)生破裂即會對固態(tài)儲氫床體造成不可逆破壞的情況，提高了系統(tǒng)安全性。
[0015](2)本發(fā)明的混合儲氫系統(tǒng)中固態(tài)儲氫單元采用壓制成型的儲氫合金或其他儲氫材料，可以保證系統(tǒng)具備良好的吸放氫性能和動力學(xué)性能。
[0016](3)本發(fā)明的混合儲氫系統(tǒng)具有固態(tài)儲氫的體積儲氫密度高的優(yōu)點，使混合系統(tǒng)的體積儲氫密度比單純的高壓氣態(tài)儲氫提高了 50%。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明單換熱單元、單換熱回路的混合儲氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明雙換熱單元、雙換熱回路的混合儲氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明雙換熱單元、單換熱回路的混合儲氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限定于這些【具體實施方式】。
[0021]本發(fā)明的混合儲氫系統(tǒng)以氫氣作為熱媒，包括高壓氣態(tài)儲氫單元、固態(tài)儲氫單元、換熱單元和氣體循環(huán)管路；其中，固態(tài)儲氫單元設(shè)置在高壓氣態(tài)儲氫單元內(nèi)部，氫氣可在二者之間自由流動；氣體循環(huán)管路自氫氣源依次通過換熱單元、高壓氣態(tài)儲氫單元內(nèi)的固態(tài)儲氫單元、換熱單元，最后連接至高壓氣態(tài)儲氫單元的氫氣入口。其中，高壓氣態(tài)儲氫單元采用內(nèi)部為金屬內(nèi)膽外部纏繞纖維固化而成的儲氫容器。固態(tài)儲氫單元由壓制成型的儲氫合金或其他儲氫材料組成。氣體循環(huán)管路可以選擇不銹鋼或硬質(zhì)鋁合金等強度高、導(dǎo)熱性能良好的金屬管。該氣體循環(huán)管路流經(jīng)換熱單元和固態(tài)儲氫單元的部分采用U型管、螺旋管或翅片式等結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的換熱性能。
[0022]作為本發(fā)明的一種實施方式，如圖1所示，該混合儲氫系統(tǒng)包括高壓氣態(tài)儲氫單元1、固態(tài)儲氫單元2、換熱單元3和氣體循環(huán)管路4 ;其中，固態(tài)儲氫單元2設(shè)置在高壓氣態(tài)儲氫單元I內(nèi)部，例如可以通過支撐架5固定在高壓氣態(tài)儲氫單元I內(nèi)，氫氣可在二者之間自由流動；氣體循環(huán)管路4的一端連接氫氣源6,另一端連接高壓氣態(tài)儲氫單兀I的氫氣入口 7，并且，氣體循環(huán)管路4自氫氣源5依次通過換熱單元3、高壓氣態(tài)儲氫單元I內(nèi)的固態(tài)儲氫單元2、換熱單元3，最后連接至高壓氣態(tài)儲氫單元I的氫氣入口 7。在該混合儲氫系統(tǒng)中，通過控制換熱單元3中的熱交換介質(zhì)，可以實現(xiàn)氣體循環(huán)管路中氫氣的冷卻和加熱。氫氣源6在固態(tài)儲氫單元的儲氫過程中作為氫氣的輸入端，在固態(tài)儲氫單元的放氫過程中作為氫氣的輸出端，同時，圖中箭頭方向僅示意性的表示某一過程中的氣體流向，并不用來限定氣體的唯一流向(以下同)。
[0023]基于圖1中示出的混合儲氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其在固態(tài)儲氫單元儲氫和放氫過程中的具體工作方式為:
[0024](I)在系統(tǒng)儲氫過程中，預(yù)先打開換熱單元3的進、出水閥門8、9，接通低于5°C的冷卻水，使之在換熱單元內(nèi)循環(huán)，然后打開閥門10、11，將氫氣由氫氣源6通過氣體循環(huán)管路4充入至高壓氣態(tài)儲氫單元I內(nèi)，固態(tài)儲氫單元2中的儲氫合金吸收氫氣，在合金吸氫過程中放出的熱量傳遞給設(shè)置在其外側(cè)的氣體循環(huán)管路，此時該部分氣體循環(huán)管路中流通的是經(jīng)冷卻后氫氣(經(jīng)充分冷卻后約5°C左右)，在此作為熱媒參與系統(tǒng)對外界環(huán)境的換熱過程。氫氣吸收固態(tài)儲氫合金床體釋放的熱量之